基于LED光源的运动式太阳模拟器控制系统

为了解决编码式太阳敏感器装星后现场的功能测试,研制了一种基于LED光源的运动式太阳模拟器,为该测试提供模拟的太阳光信号和太阳光矢量信号.基于太阳模拟器组成与工作原理,对光源辐亮度和矢量运动的控制系统进行研究.根据太阳光信号要求,通过光源选取与功率计算确定LED型号和个数,并采用压控恒流源驱动技术对光源辐亮度进行线性调节.根据太阳光矢量信号要求,通过负载扭矩与功率计算选取GUS-60型超声电机,采用16位绝对式编码器对运动角度进行测量,以数字信号处理器为主要器件对电机进行闭环反馈控制.测试结果表明,光源控制系统能够实现辐亮度在0～527.4W·m-2内线性可调,矢量运动装置在-15°～40°内的运动角度控制精度优于±0.01°,满足编码式太阳敏感器的测试要求.      

一种空间视觉测量子系统用半导体 激光器驱动电路设计

为提高视觉测量子系统抗杂光干扰能力,保证测量精度、稳定性和可靠性,通常需要采用半导体激光二极管组成的照明光源对测量区域进行照明.提出一种半导体激光二极管恒流源电路设计,并实现了激光二极管开关延时软启动、恒流驱动、过流保护等功能.实测数据表明,恒流源电路具有高稳定、高可靠和高精度的特点.     

光纤光源温度动态特性分析及控制

根据半导体热电致冷器(TEC)工作的基本原理,分析了光纤光源模块的温度动态特性,建立了与之对应的数学模型.对光源模块进行了实际实验测试,采用多点频率的工作电流驱动TEC模块,通过光源模块内部的热敏元件采样光源管芯温度的动态数据,用最小二乘法进行数据拟合,得到了与数学模型十分接近的结果,因此可以确定数学模型中的待定参数.采用 MAX1978单片TEC控制器,根据温度动态特性数学模型设计了最优的比例积分微分(PID)补偿网络,实现了光纤光源的温度控制系统,得出了TEC温度控制系统对光源有良好的控制精度和稳定性.      

光学杠杆式仪器的数字化

光学杠杆式仪器,如:光学比较仪、超级光学比较仪等是常用的计量仪器,把光栅装于物镜焦面上,由标尺光栅的象和指示光栅实物形成“莫尔”条纹,以光电元件转变为电信号,就可以实现数字显示。光学杠杆式仪器数字化的优点是由于具有较高的光学杠杆放大率,因此可以用粗光栅实现高分辨率,而且光栅刻划误差对仪器精度的影响大为减少。但是光学杠杆式仪器数字化的难度较大,这是由于反射镜偏转时使用了物镜与照明光束的不同部位,象差与亮度的变化引起电信号幅值、直流电平与相位的变动,而且信号的频率较高。为了解决这些问题,须要严格控制物镜的象差;采用适当的光栅参数与结构,以及会聚光照明,现已研制成功的光学杠杆式仪器数字化的实例,有光学杠杆放大率为100~x与31.25~x、分辨率为0.1μ的数显光学比较仪,以及光学杠杆放大率为312.5~x、分辨率为0.01μ的数显超级光学比较仪。     

离轴反射式星敏感器地面标定设备光学系统设计

在星敏感器随航天器升空完成姿态测量任务之前,需在地面对其进行标定试验.为满足星敏感器更高精度标定要求,针对常规地面标定设备光学结构在应对大口径、长焦距、宽光谱需求时存在的弊端,设计了一种离轴光管作为准直光学系统,研究了离轴光管装调方法,并对像质进行了评价.重点研究了一套照明系统对星点亮度进行精确控制,采用LED阵列式背光板为光源,并利用照度计对光源亮度进行多次测试,测得的数据表明可对7个连续星等进行模拟,相邻星等间亮度模拟误差小于0.8%.所设计的光学系统可为研制深空探测星敏感器提供地面标定基础.      

单光束红外光二氧化碳分析仪

介绍了单光束红外光二氧化碳分析仪，该分析仪基于朗伯－比尔定律，采用光源稳流，单片机温度补偿及选用高性能红外探测器等技术，能够对二氧化碳气体进行有效准确的测量和分析，且结构简单，体积小，重量轻，功耗低，响应速度快，可靠性高，具有广阔的应用前景。     

调频连续波激光雷达距离-多普勒解耦新方法

调频连续波激光雷达探测运动目标时,通常采用二维傅里叶变换解耦合方法.当探测高速运动目标时,由于目标移动导致不同调频周期的中频信号频谱峰值不在同一距离单元,用二维傅里叶变换法进行解耦将产生速度模糊.新的解耦方法通过对多个周期的中频信号频谱峰值位置进行直线拟合,获得目标径向速度估计值.利用速度估计值构建多普勒补偿信号,并与原中频信号相乘.补偿后的中频信号频谱峰值在同一距离单元内.将补偿后的中频信号用二维傅里叶变换法获得的径向速度与之前的速度估计值相加,得到最终的目标径向速度.仿真结果说明新方法在获得较高测距、测速精度的同时,可以有效提高调频连续波激光雷达的无模糊速度.     

基于功率取样的光纤光源平均波长控制技术

为提高宽谱光纤光源温度稳定性,对平均波长温度稳定性进行了分析;对不同泵浦功率下输出光的平均波长与输出功率的变化进行了仿真和实验研究,揭示了宽谱光纤光源平均波长与输出功率的相关性;提出并实现了一种基于数学模型的平均波长控制技术.从光源输出取出小部分功率作为反馈信号,通过调整泵浦激光器电流实现了中心波长的精确控制.对研制的样机进行了实际测试,结果表明控制方案是可行的,在－45~70℃的温度范围内,宽谱光纤光源的平均波长稳定性达到0.3×10^-6℃^-1.     

变重量/重心飞机建模及姿态控制律设计

为解决飞机在重量、重心变化下的姿态控制问题,从相互作用力的角度将重量、重心的变化转化为干扰力和干扰力矩,提出并建立了变重量/重心飞机的一般动力学模型和重量、重心特性模型.该模型可以反映重量、重心动态变化与飞机运动的耦合,解决了现有模型无法处理飞机重心动态变化的问题.在姿态控制律设计上,提出了针对飞机重量、重心变化的干扰观测补偿控制器结构,将重量、重心变化转化为干扰输入,采用比例积分观测器对重量、重心变化引起的干扰力和力矩进行观测,并将观测值解算为补偿信号引入自动驾驶仪,设计了纵向姿态的干扰补偿控制器.以运输机重型货物空投为背景的计算机仿真结果表明:该模型可以准确反映飞机在重心变化各个阶段的动力学特性;在观测器的补偿指令作用下,俯仰角对重量、重心变化的响应波动远小于未加补偿的情形,满足精确姿态控制的需要.      

一种仪器用高准确度MCXO

针对频率计等仪器中使用温补晶振的特殊情况提出并实现了一种软件数据补偿的特殊ＭＣＸＯ。其补偿原理与传统的方式有所不同，它不是对振荡器进行补偿控制，而是根据温度的变化以数据方式不断修改晶体振荡器的频率标称值来达到提高准确度的目的，当该振荡器被用作标准来测量其它信号或用它产生标准时间信号时，都以其准确的频率为基础进行运算和处理。所以，这种ＭＣＸＯ不但远比同类ＭＣＸＯ简单，而且在构成系统中获得的准确度也高得多     

光纤射频稳相传输技术试验研究

针对上行天线组阵技术对高稳定度射频信号的需求,提出了一种适用于上行天线组阵技术的光纤稳相传输试验方案。基于光纤延迟线的闭环稳相传输系统通过双向传输侧音信号,对光纤链路相位抖动进行监测并闭环补偿。阐述了试验原理和方法,搭建了桌面演示试验系统。试验结果表明,1 km光纤温度变化达到40 ℃时,射频信号通过该系统后相位抖动不超过1°,从而说明利用该技术可以有效补偿光纤射频传输系统的相位抖动,满足上行天线组阵技术对高稳定度射频信号的需求。     

具有毫微米分辨率的光电位移传感器

提出一种具有亚毫微米分辨率的超精密位移传感器设计以供超精密技术应用。该传感器基于对物体表面反射光特殊点能量变化的高灵敏检测,此时,该表面须有小的位移。传感器由单光源、反射体、基准面、传送照明和反射光用的光纤束以及光电二极管装置组成。在工作时,单光源的光经光纤束后照明反射体和基准面。然后两个表面的反射光经光纤束传送到两个单独的、但     

线性调频半导体激光衍射光栅干涉仪

介绍一种以线性调频半导体激光为光源的衍射光栅干涉仪。激光与光栅上衍射的±１级衍射波会合，由于有光程差而发生光拍频，测量拍频信号的相位移则可测得光栅的位移。设计了一种克服激光波长漂移和空气折射率变化影响的对称差动光路，使这种方法达到实用化的程度，分辨力达到纳米级。此外，还介绍了应用于接触干涉仪的实验情况。     

空间背景光星模拟器系统设计

为实现星敏感器光信号的高精度标定需求,提出了一种具有空间背景光的星敏感器地面标定系统,解决了空间背景光对星敏感器光信号定标精度的影响,提高了星敏感器的标定精度.对空间背景光对星敏感器标定精度的影响进行分析,给出了具有空间背景光的星模拟器实现方案,设计了能同时模拟空间背景光和星点位置信息的星模拟器光学系统.结果表明,该系统全视场相对畸变小于0.01%,MTF在80lp·mm-1处大于0.5,达到了高精度指标要求.设计了一套空间背景光系统,通过对电流和可变光阑的控制,实现了亮度26倍变化.提出了一种基于像差补偿的星点位置修正方法,并给出了修正模型.利用徕卡T6100经纬仪和照度计,分别对星模拟器所在的星点位置误差和空间背景光亮度进行测试.结果表明,空间背景光亮度可实现26倍调整,在最高能量和最低能量下星模拟器星点位置误差精度<10",满足星敏感器地面标定要求.      

漏极注入HPM对高电子迁移率晶体管的损伤机理

针对典型GaAs高电子迁移率晶体管（HEMT）低噪声放大器,利用半导体仿真软件Sentaurus-TCAD建立了HEMT低噪声放大器二维电热模型,考虑高电场下的载流子迁移率退化和载流子雪崩产生效应,分析了由漏极注入高功率微波(HPM)情况下器件内部的瞬态响应,通过分析器件内部电场强度、电流密度、温度分布随信号作用时间的变化,研究了其损伤效应与机理。研究结果表明,当漏极注入幅值17.5V、频率为14.9GHz的微波信号后,峰值温度随信号作用时间的变化呈现周期性“增加—减小—增加”的规律。在正半周期降温,在负半周期升温,总体呈上升趋势,正半周电场峰值主要出现在漏极,负半周电场峰值主要出现在栅极靠漏侧,端电流在第二周期之后出现明显的双峰现象。由于热积累效应,栅极下方靠漏侧是最先发生熔融烧毁的部位,严重影响了器件的可靠性,而漏极串联电阻可以有效提高器件抗微波损伤能力。最后,对微波信号损伤的HEMT进行表面形貌失效分析,表明仿真与试验结果基本相符。     

自动补偿温漂的直流放大器

本文介绍了一种用普通运放构成的自动补偿温漂的直流应变电桥放大电路。放大器的工作分两步,一是自动补偿,二是放大输入信号。输入补偿是通过开关使电桥的激励源周期切换到零电位实现的,切换频率约为100Hz。因此,限定输入信号的最高频率为8Hz。放大器的增益为5000,当温度变化40℃时,测得输出电压漂移约1mV。     

单模光纤耦合器的传输光谱温度特性

在温变条件下,对光纤光源发出光波经单模光纤耦合器传输后的输出光谱进行了测试.借助测试结果,仿真计算了耦合器的透射光波和耦合光波分别进入Sagnac干涉仪后干涉仪输出信号的误差随温度的变化情况.结果表明:当环境温度发生变化时,耦合器透射光波和耦合光波的平均波长和功率都会发生变化,且透射光波的平均波长和功率的温度稳定性远远高于耦合光波的稳定性;当透射光波作为干涉仪输入光波时,由温变引起的干涉仪输出误差比耦合光波作为输入光波时的误差小一个数量级.     

CCD摄像机图像处理仿真

针对CCD(Charge Coupled Device)摄像机的图像处理过程,提出一种基于可编程GPU(Graphic Processing Unit)的摄像机仿真方法,利用GPU的流处理模式和并行计算能力,对图像的每个像素进行Gamma校正、亮度调节、对比度调节、色温偏差调节,以及色彩饱和处理.分析了Gamma校正的原理以及在其他调节之前进行Gamma校正的必要性.讨论了图像亮度与像素颜色的关系,提出针对当前时刻的拍摄图像提取亮度信号的方法,规定了亮度等级的划分,并将亮度等级作为图像处理的依据.提出了在低照度情况下模拟动态噪点的方法.结果表明:该方法可以模拟真实CCD摄像机在复杂光照环境下的拍摄效果,并保证实时仿真的高速与高效性.     

时频分析在超声导波信号分析中的应用

超声导波信号是一种非平稳信号,存在频散现象,利用传统的时域和频域分析方法不能揭示其频谱随时间变化的特点.为了解决这一问题,研究了导波信号的非平稳特征,介绍了短时傅里叶变换(STFT,Short-Time Fourier Transform)时频分析原理,分别对铝板试样和蜂窝板试样内传播的导波信号进行了STFT和时频谱分析,得出了铝板内导波信号中各频率成分随时间的变化情况,分析出导波信号的模式转换现象,比较精确地计算了导波的群速度;对于蜂窝板内的导波信号,由于能量泄露比较严重,当激励频率为1.5MHz时,A0模式只能近距离传播,这就使得采用STFT不能很好地进行模式识别.研究结果表明,当导波传播距离较远时,利用STFT可以对其信号进行动态的频谱分析和模式识别,并可对实际的群速度进行较精确的测量.